[发明专利]尖晶石电光陶瓷

说明书

本申请是申请日为2010年11月22日，申请号为201010625070.8，发明名称为“尖晶石电光陶瓷”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及电光陶瓷、其应用及其制备方法。本发明进一步涉及由该电光陶瓷制成的反射、衍射或透射光学元件，以及包含这种光学元件的光学成像系统。

为了本发明的目的，术语“电光陶瓷”表示一种具有高透明度的、基本上是单相多晶氧化物基的材料。电光陶瓷相应地理解为陶瓷的一种特定子群。

为了本发明的目的，术语“单相”表示95％以上、优选至少97％、更优选至少99％、尤其优选99.5－99.9％的材料以具有目标组成的晶体形式存在。个体微晶紧密堆积，并具有至少99％、优选99.9％、更优选99.99％的理论密度值。因此，电光陶瓷实质上是无孔的。

背景技术

电光陶瓷与常规玻璃陶瓷的不同之处在于，后者不仅包含晶体相，还包含高比例的非晶玻璃相。此外，常规陶瓷并不具备电光陶瓷中的高密度。无论玻璃陶瓷还是常规陶瓷，都不具备电光陶瓷的有利性能，例如特殊的折射率、阿贝数、相对部分色散值，尤其是在可见光波段和/或红外波段的有利的高透明度。

成像光学器件发展的一个主要目标在于在紧凑和很轻结构的光学系统中实现令人满意的光学质量。特别是对于电子设备中的数字成像记录的应用，例如数码相机的透镜或移动电话中的摄像头等等，成像光学器件必须很小很轻。换句话说，成像透镜的元件的总数应保持最小化。这需要具有高折射率和/或很低色散性的透明材料，以使设计出具有大致复消色差的成像行为的很紧凑的成像光学器件成为可能。在显微镜中，目镜和物镜都需要实质上衍射受限的成像光学器件。

对于夜视设备、IR透镜和IR谱系统而言，需要透明光学器件具有在可见光波段(380至800nm)和近红外至高达7000nm、优选高达10000nm的远红外波段范围内都具有高的透射。此外，这些光学器件还必须对外部影响具有特别的抵抗性，例如对机械应力、振动、温度变化、压力变化、以及如果合适的话，对腐蚀性化学品具有特别的抵抗性。

上述材料也可用于其它技术，例如一般的数字投影或显示技术，还可用于以单色为主的应用，如光学储存技术，例如，其中的紧凑系统是借助于具有高折射率的材料实现的。

由于其对高温和腐蚀性化学品的稳定性，电光陶瓷还适用于制备高温应用下的窗口，如高温炉的观察窗和碱金属蒸气灯的封装材料。

目前，成像光学器件的发展受限于可获得材料的光学参数。可用的玻璃熔化和玻璃成型技术只能制备出如下类型的高性能玻璃：在折射率相对于阿贝数画出的阿贝数图中，该玻璃在大约由阿贝数＝80/折射率＝1.7的点和阿贝数＝10/折射率＝2.0的点连成的线的下方。这样的阿贝数图通过图1中的实例示出，其中上述假想线用虚线表示。更具体地，折射率在约1.9至约2.2范围、阿贝数在30至40范围的玻璃趋于不稳定，这使得以相对大量和令人满意性能制备这种玻璃非常困难。同样地，折射率在约1.8至约2.1范围、阿贝数在35至55范围的玻璃也趋于不稳定。

原则上，折射率n_D(在587.6nm波长的折射率)、阿贝数Λ_d和相对部分色散(如P_g.F)的定义是本领域技术人员已知的。这些术语更具体的描述可以在技术文献中找到。为了本发明目的，这些术语按照如下文章中的定义使用：“光学玻璃的性质(Thepropertiesofopticalglass)；Bach，Hans；Neuroth，Norbert(编辑)，Berlin(interalia)：Springer，1995；或Scott著《玻璃和玻璃陶瓷丛书：科学、技术以及应用》(Seriesonglassandglassceramics：science，technology，andapplications)；1，XVII，410页，第二次校正印刷，1998，XVII，414页。

为了本发明目的，可见光或红外辐射的透明度为纯透射。

除透明度、折射率和阿贝数方面的要求外，相对部分色散在光学媒质的选择中起很大作用。为制备实质上复消色差的光学器件，需要具有实质相同的相对部分色散、而阿贝数差异很大的材料的组合。当相对部分色散P_g.F相对于阿贝数做图时，大多数玻璃位于线上(“正常线(normalline)”)。这样的图通过图2中的实例示出。因此，为制备复消色差器件，需要阿贝数和相对部分色散的组合偏离此行为的材料。